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शहद और अन्य अत्यधिक गाढ़े तरल पदार्थ विशेष रूप से लेपित केशिकाओं में पानी की तुलना में अधिक तेज़ी से बहते हैं। यह आश्चर्यजनक खोज फिनलैंड के आल्टो विश्वविद्यालय में माजा वुकोवाक और उनके सहयोगियों ने की, जिन्होंने यह भी दिखाया कि यह अप्रत्याशित प्रभाव अधिक गाढ़ी बूंदों के भीतर आंतरिक प्रवाह के दमन से उत्पन्न होता है। उनके परिणाम सुपरहाइड्रोफोबिक केशिकाओं में तरल पदार्थों के प्रवाह के वर्तमान सैद्धांतिक मॉडलों का सीधा खंडन करते हैं।
माइक्रोफ्लुइडिक्स के क्षेत्र में केशिकाओं के तंग क्षेत्रों के माध्यम से तरल पदार्थों के प्रवाह को नियंत्रित करना शामिल है - आमतौर पर चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए उपकरणों के निर्माण हेतु। कम श्यानता वाले तरल पदार्थ माइक्रोफ्लुइडिक्स के लिए सर्वोत्तम होते हैं क्योंकि वे तेजी से और सहजता से प्रवाहित होते हैं। अधिक श्यानता वाले तरल पदार्थों को उच्च दबाव पर प्रवाहित करके उपयोग किया जा सकता है, लेकिन इससे नाजुक केशिका संरचनाओं में यांत्रिक तनाव बढ़ जाता है - जिससे विफलता हो सकती है।
इसके अलावा, सूक्ष्म और नैनो संरचनाओं से युक्त सुपरहाइड्रोफोबिक कोटिंग का उपयोग करके प्रवाह को तेज किया जा सकता है जो वायु के कुशन को फंसा लेते हैं। ये कुशन तरल और सतह के बीच संपर्क क्षेत्र को काफी कम कर देते हैं, जिससे घर्षण कम हो जाता है और प्रवाह 65% तक बढ़ जाता है। हालांकि, वर्तमान सिद्धांत के अनुसार, श्यानता बढ़ने के साथ ये प्रवाह दरें लगातार घटती जाती हैं।
वुककोवाक की टीम ने इस सिद्धांत का परीक्षण करते हुए अलग-अलग श्यानता वाली बूंदों का अध्ययन किया, जब गुरुत्वाकर्षण बल उन्हें अतिजलरोधक आंतरिक परत वाली ऊर्ध्वाधर केशिकाओं से खींच रहा था। स्थिर गति से यात्रा करते समय, बूंदें अपने नीचे की हवा को संपीड़ित करती हैं, जिससे पिस्टन के समान दबाव प्रवणता उत्पन्न होती है।
खुली नलियों में बूंदों ने श्यानता और प्रवाह दर के बीच अपेक्षित विपरीत संबंध दिखाया, लेकिन जब एक या दोनों सिरे सील कर दिए गए, तो नियम पूरी तरह उलट गए। यह प्रभाव ग्लिसरॉल की बूंदों में सबसे अधिक स्पष्ट था - पानी की तुलना में तीन गुना अधिक श्यान होने के बावजूद, यह पानी की तुलना में 10 गुना से अधिक तेजी से प्रवाहित हुआ।
इस प्रभाव के पीछे के भौतिकी को समझने के लिए, वुककोवाक की टीम ने बूंदों में ट्रेसर कण डाले। समय के साथ कणों की गति ने कम चिपचिपी बूंद के भीतर एक तीव्र आंतरिक प्रवाह को प्रकट किया। ये प्रवाह तरल को कोटिंग में सूक्ष्म और नैनो-स्तरीय संरचनाओं में प्रवेश करने का कारण बनते हैं। इससे वायु कुशन की मोटाई कम हो जाती है, जिससे बूंद के नीचे की दबाव वाली हवा दबाव प्रवणता को संतुलित करने के लिए उसमें से होकर नहीं गुजर पाती। इसके विपरीत, ग्लिसरीन में लगभग कोई प्रत्यक्ष आंतरिक प्रवाह नहीं होता है, जिससे कोटिंग में इसका प्रवेश बाधित होता है। इसके परिणामस्वरूप एक मोटा वायु कुशन बनता है, जिससे बूंद के नीचे की हवा के लिए एक तरफ जाना आसान हो जाता है।
अपने प्रेक्षणों का उपयोग करते हुए, टीम ने एक अद्यतन हाइड्रोडायनामिक मॉडल विकसित किया है जो विभिन्न सुपरहाइड्रोफोबिक कोटिंग्स वाली केशिकाओं के माध्यम से बूंदों की गति का बेहतर अनुमान लगाता है। आगे के शोध से जटिल रसायनों और दवाओं को संभालने में सक्षम माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के निर्माण के नए तरीके सामने आ सकते हैं।
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